Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Een Test van de geïnstrumenteerde Pull te karakteriseren posturale reacties

Published: April 6, 2019 doi: 10.3791/59309
Automatic Translation
1,2,4, 2,3,4,5, 6, 7, 1,4
1Department of Medical Bionics, The University of Melbourne, 2Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital, 3Department of Neurology, Austin Hospital, 4The Bionics Institute, 5Department of Medicine, The University of Melbourne, 6Department of Physiotherapy, The University of Melbourne, 7Medical Research Council Brain Network Dynamics Unit, University of Oxford

ERRATUM NOTICE

Summary

Bijzondere waardevermindering van posturale reflexen, genoemd posturale instabiliteit, is moeilijk te kwantificeren. Klinische evaluaties zoals de pull-test lijden problemen met betrouwbaarheid en schalen. Hier presenteren we een geïnstrumenteerde versie van de test van de trek te karakteriseren objectief posturale reacties.

Abstract

Bijzondere waardevermindering van posturale reflexen, genoemd posturale instabiliteit, is een gemeenschappelijke en onbruikbaar makende tekort in ziekte Parkinson's. Om te beoordelen posturale reflexen, clinici gebruiken meestal de test van de trek naar rang corrigerende reacties op een neerwaarts perturbation op de schouders. De pull-test is echter gevoelig voor problemen met betrouwbaarheid en schalen (score/4). Hier presenteren we een geïnstrumenteerde versie van de test van de trek te kwantificeren nauwkeuriger posturale reacties. Verwant aan de klinische proef, worden trekt handmatig beheerd, met uitzondering van pull force ook is vastgelegd. Verplaatsingen van de romp en de voeten zijn gevangen genomen door een semi-draagbare motion tracking systeem. Ruwe gegevens vertegenwoordigen afgelegde (in millimeter eenheden), intuïtieve maken van latere interpretatie en analyse. De geïnstrumenteerde pull test detecteert ook variabiliteiten beïnvloeden pull test beheer, zoals de trek kracht, daardoor identificeren en kwantificeren van potentieel kunstdiscours dat kunnen worden verklaard door statistische technieken. De geïnstrumenteerde pull-test wellicht toepassing in studies willen vangen vroege afwijkingen in posturale reacties, posturale instabiliteit na verloop van tijd te houden en detecteren van reacties op therapie.

Introduction

Posturale reflexen handelen te handhaven evenwicht en rechtop houding in reactie op de verstoringen1. Bijzondere waardevermindering van deze posturale reacties in wanorde zoals de ziekte van Parkinson leidt tot posturale instabiliteit, en vaak leidt tot valt, verminderd vertrouwen van wandelen en verminderde levenskwaliteit2,3,4. In de klinische praktijk, posturale reflexen worden doorgaans beoordeeld met de test van de Trek, waar een examinator stevig trekt de patiënt achteruit op de schouders en visueel rangen de reactie5,6,7, 8. posturale instabiliteit is meestal scoorde met behulp van de Unified Parkinson's Disease Rating Scale (UPDRS) (0 - normale tot en met 4 - ernstige), zoals gepubliceerd door de International Movement Disorder Society-5. Deze methode is gebruikt uitgebreid in de beoordeling van personen met de ziekte van Parkinson, maar lijden onder een geringe betrouwbaarheid en zeer beperkte schaal (score/4)6,7,9. Pull testscores vaak niet correleren met belangrijke klinische eindpunten zoals falls en de integer gebaseerde rating mist gevoeligheid voor het detecteren van fijne posturale wijzigingen10,11.

Laboratorium gebaseerde objectieve maatregelen bieden nauwkeurige gegevens over de aard van evenwicht reactie door het kwantificeren van de kinetische (bijvoorbeeld het midden van druk), kinematische (bijvoorbeeld gezamenlijke goniometer/ledemaat verplaatsing) en neurofysiologische (bijvoorbeeld spier 12van de eindpunten van aanwerving). Deze methoden kunnen afwijkingen te identificeren voordat posturale instabiliteit klinisch duidelijk is en bijgehouden wijzigingen na verloop van tijd, met inbegrip van de reacties op de behandeling13,14.

Hulpprogramma's voor het kwantificeren van posturale instabiliteit

Conventionele technieken van dynamische posturography vaak in dienst bewegende platformen. Resulterende posturale reacties worden gekwantificeerd aan de hand van een combinatie van posturography, elektromyografie (EMG) en accelerometry12,15,16. De reacties van onderop van verstoringen van de platform - die een reactie roepen als het uitglijden op een natte vloer, zijn echter fundamenteel verschilt van de topdown posturale reacties van de klinische pull test - zoals kan optreden wanneer in een menigte wordt gestoten. Opkomende bewijs suggereert truncal verstoringen opbrengst verschillende posturale kenmerken die van bewegende platformen17,18,19. Dienovereenkomstig, anderen hebben geprobeerd truncal verstoringen in het laboratorium gebruik van complexe technieken zoals motoren, katrollen en slingers15,20,21,22. Meetmethodes zijn vaak duur en ontoegankelijk en bestaan uit videogebaseerd motie-vangst waarvoor speciale ruimte in gespecialiseerde laboratoria20,21. Idealiter moet een objectieve methode voor het karakteriseren van pull test reacties uitstekende psychometrische eigenschappen, gemakkelijk te beheren, eenvoudig te bedienen, algemeen toegankelijk en draagbaar. Dit is belangrijk om wijdverspreide goedkeuring van de techniek als een alternatieve evaluatie-instrument te beoordelen van posturale reacties binnen onderzoek en potentieel, klinische instellingen.

De geïnstrumenteerde Pull-Test

Het doel van dit protocol is te bieden onderzoekers een techniek voor de objectieve beoordeling van posturale reacties op de test van de trek. Een semi-draagbare en wijd-beschikbaar elektromagnetische vangen bewegingssysteem ten grondslag ligt aan de techniek. De perturbation omvat handmatige trekt die geen gespecialiseerde mechanische systemen vereisen. Deze methode heeft voldoende gevoeligheid voor het detecteren van kleine verschillen in posturale reactietijden en antwoord amplitudes; het is daarom geschikt voor het vastleggen van de mogelijke afwijkingen gewaardeerd van normaal tot rang 1 posturale instabiliteit volgens de UPDRS (posturale instabiliteit met zonder hulp balans herstel)5. Deze methode kan ook worden gebruikt voor het verkennen van de effecten van therapie op posturale instabiliteit. Het protocol hier beschreven is afgeleid van die van Tan et al.23.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle beschreven methoden werden gecontroleerd en goedgekeurd door de ethische commissie van de lokale menselijke onderzoek op Melbourne gezondheid. Geïnformeerde toestemming was verkregen van de deelnemer voorafgaand aan de studie.

1. apparatuur installatie

  1. Bereid de elektromagnetische beweging tracker met 3 miniatuur bewegingssensoren volgens de richtlijnen van de fabrikant. Voorafgaand aan het verzamelen van gegevens, zorgen voor elke sensor is bemonsterd met een minimale 250 Hz, verplaatsing wordt gemeten in millimeter eenheden en rotaties (pitch, roll en yaw) zijn in graden. Ervoor zorgen dat alle interne filterings zijn uitgeschakeld, en de positie van de sensoren set om te verwijzen naar een statische oorsprong (meestal de elektromagnetische zender).
  2. Brengt een lading cel (minimale spanning bereik 100 N, S-type aanbevolen) aan de patiënt harnas op schouder-niveau met behulp van een touw met een minimale diameter van 10 mm.
    Opmerking: De harness system en touw zijn geschikt voor deelnemers met een gewicht van maximaal 120 kg.
  3. De cel van de belasting verbinden met overname gegevenseenheid (a/d Converter).
  4. Sluit de trigger output van de overname van de gegevenseenheid in een triggeringang voor de motie tracker om gesynchroniseerde opname. Stel gegevens overname eenheid samplefrequentie overeenkomen met de motie-tracker en uitschakelen alle filteren.
  5. Het gedrag van het experiment in een stille ruimte om te minimaliseren van afleiding tijdens de beoordeling. Genoeg ruimte voor deelnemers verschillende corrigerende stappen te herwinnen van evenwicht.
    Opmerking: Patiënten met de ziekte van Parkinson en retropulsion staan bekend om 5-6 stappen achteruit tijdens de test van de trek.
  6. Plaats valt mat op de vloer als een voorzorgsmaatregel.
  7. Reinig het harnas, sensoren en draden met een ziekenhuis rang ontsmettingsmiddel vegen voordat het testen van elke deelnemer.
    Opmerking: Video-opname (bijvoorbeeld, het gebruik van een draagbare camera op een statief) van de geïnstrumenteerde pull test procedure wordt aanbevolen, zodat eventuele onregelmatigheden tijdens de verwerking van de gegevens tegen de videogegevens van een proces kunnen worden verwezen.

2. deelnemers selectie en voorbereiding

  1. Identificeren van de juiste deelnemers voor onderzoek: deelnemers kunnen bestaan uit een scala van leeftijden, ziekten en ernst waar posturale reacties zijn van belang en evenwicht beoordeling meestal maakt gebruik van de klinische pull-test. Ervoor zorgen dat deelnemers kunnen onafhankelijk van elkaar staan en ook een reactie van de corrigerende evenwicht niet die bijstand te herstellen (dat wil zeggen, tot Grade 1 posturale instabiliteit volgens de UPDRS) genereren.
  2. Uitsluiten van personen met cardiovasculaire, vestibulair, visie en spier-en voorwaarden (met inbegrip van personen waarvoor voet orthese of spalken), die tussen prestaties kan schaden, tenzij dit het onderwerp van het onderzoek, die op contact is voorzorgsmaatregelen, en die op medicatie beïnvloeden, balans of aandacht (bijvoorbeeld antidepressiva, neuroleptica, benzodiazepinen, brengen, antiaritmica en diuretica) bekend.
  3. De deelnemer Draag comfortabele losse kleding op de dag van het experiment en verwijder schoenen voorafgaand aan de procedure voor het testen van Trek heb.
  4. Helpen de deelnemer in het zetten van het aangepaste kofferbak harnas met de belasting-cel. Klik op de gespen rond de borst en de taille. Zorgen voor aanpassing bandjes op de kabelboom zijn strak maar comfortabel. Laat niet meer dan 50 mm van de toegestane vertraging in het harnas bij het trekken aan het touw. Deelnemers met bekende posturale instabiliteit, zorgen ervoor dat een medewerker aanwezig toen het harnas is toegepast, terwijl de deelnemer staat.
  5. Koppelen met behulp van medische tape aan de sternale inkeping (op het niveau van de tweede en derde thoracale wervel), bewegingssensoren en op de voeten bij de rechter en linker enkel malleolus;.
    Opmerking: Breng de sensoren op deelnemers met bekende posturale instabiliteit in vergadering. Alle kabels moeten zorgvuldig worden gerouteerd Voorkom tocht gevaren.
  6. Vraag de deelnemer zich op blote voeten, in een comfortabele houding (volgens de deelnemer voorkeur base voor support) langs verticale en horizontale lijn markeringen op de vloer. Opmerking van de deelnemer voeten positie. Vraag de deelnemer ook opmerking die hun eigen voeten positie om te kunnen terugkeren naar dezelfde positie na elke trek. Plaatsing van de voeten van de deelnemer te controleren na elke proef en vraag de deelnemer terug te keren naar de oorspronkelijke positie van de voeten als afwijkingen in acht worden genomen.
  7. Instrueer de deelnemer te richten op illustraties 1.5 m vooruit op ooghoogte met de handen aan hun zijde om te minimaliseren van afleiding tussen trekt.

3. geïnstrumenteerde pull testprocedure

  1. Voer de test van de geïnstrumenteerde pull overeenkomstig de testrichtsnoeren van klinische pull beschreven door de UPDRS5uit.
  2. Verklaren van de testprocedure, en laat de deelnemer weet dat intensivering mag weer balans na de naar achteren trekken. Ontmoedigen anticiperende reacties zoals voorwaartse kofferbak flexie, verstijving in houding of knie flexie vóór de trekkracht. Opmerking deze reacties als ze zich tijdens het experiment voordoen.
  3. Voorafgaand aan elke trekken, zorgen de deelnemer attente door te vragen de deelnemer om zich te concentreren op een foto opknoping op de muur. Controleer de deelnemer is rechtop, met ogen open, handen aan hun zijde, en hun voeten geplaatst op de aangewezen markeringen in een comfortabele houding.
  4. Staan achter de deelnemer. Toepassing van een stevige trek van voldoende kracht voor het genereren van een romp en stap antwoord via het touw en laden van cel gehouden loodrecht op het niveau van de schouder van de deelnemer.
  5. Na elke trek zorgen de deelnemer keert terug naar de oorspronkelijke voeten positionering. Reset de positie terug naar aangewezen markeringen op de vloer en 35 keer herhalen.
    Opmerking: Het aantal experimenten kan variëren volgens de proefopzet en klinische bevolking.
  6. Deelnemers kunnen een korte rust van 2 min na elke 10 proeven of zoals vereist te verminderen van de effecten van vermoeidheid en zorgen voor aandacht is gericht op de taak. Deelnemers kunnen kiezen om te zitten of staan. Verzoek dat deelnemers zich onthouden van praten tussen trekt tenzij vraagt een pauze of ongemak uiten tijdens de procedure.
  7. Als een aanvullende veiligheidsmaatregel, ervoor zorgen dat de onderzoeker en assistent staan met hun rug dicht tegen een muur terwijl het toestaan van voldoende ruimte voor de deelnemer te nemen verschillende stappen achteruit.
    Opmerking: De onderzoeker moet altijd bereid zijn te vangen van de patiënt. Assistent is vereist voor de veiligheid, als deelnemers met bekende posturale instabiliteit worden beoordeeld.
  8. Loskoppelen van de sensoren en helpen de deelnemer uit het harnas na voltooiing van de procedure voor het testen van de geïnstrumenteerde pull.

4. de signaalverwerking

Opmerking: Gebruik een geschikt platform voor wetenschap zoals MATLAB, R of Python. Menuopdrachten die worden hier weergegeven zijn voor MATLAB en voorbeeldcode is beschikbaar als Aanvullende bestand.

  1. Importeren van gegevens opgenomen tijdens stap 3.4 in een geschikt platform voor wetenschap: csvread().
  2. De motie tracker en belasting celgegevens met behulp van trigger signalen uitlijnen en de pixelafmetingen aan een hogere bemonsteringsfrequentie: 1 kHz resample() functie indien nodig.
  3. Hoogdoorlaat filter alle beweging bijhouden en belasting celgegevens met een grensfrequentie van 0,05 Hz te verwijderen van honk-lijn drift: butter() en filtfilt().
  4. Dubbele onderscheiden de beweging van de trunk verplaatsing gegevens bijhouden kofferbak snelheid en versnelling te verkrijgen: diff().
  5. Met behulp van de trigger signaal of een piek-detectie algoritme toegepast op de celgegevens belasting, segment opnamen te verkrijgen van tijdperken van elke individuele pull test proces: findpeaks() functie.
  6. Detecteren en proeven met de anticiperende truncal beweging te verwerpen. Een verplaatsing van de voorste romp onmiddellijk vóór de toediening van de trek gewoonlijk presenteert als een piek ten minste drie standaarddeviaties boven het gemiddelde van de basislijn van de kofferbak sensor: std() en mean().
  7. Posturale reactietijd bepalen als het verschil tussen het begin van de kofferbak verplaatsing (3 standaarddeviaties boven basislijn gemiddelde) na de trekkracht en het keerpunt van de kofferbak velocity curve (met vermelding van het begin van de vertraging van de kofferbak): onderscheiden, diff(), en gebruik nul kruising detector, zcd().
  8. Bepalen van de omvang van de posturale reactie als de vertraging van de piek van de romp: min() of max().
  9. De reactietijd van de stap te berekenen als het verschil tussen het begin van de verplaatsing van de truncal (vanaf 4.7) voor de oorspronkelijke beweging van de stepping ledematen: 3 standaarddeviaties boven het gemiddelde van de basislijn.
  10. Bepalen de grootte van de reactie stap door het berekenen van de totale verplaatsing van de voet in millimeters (mm), van eerste voet lift-off tot contact van de stepping ledemaat arresteren achteruit retropulsion. Uitsluiten stappen minder dan 50 mm, omdat de verandering in de base van de steun wordt geacht te verwaarlozen24: min() of max().
  11. De piekkracht pull en tarief van kracht ontwikkeling uit de cel belasting berekenen: max() voor Trek; Max() en diff() voor tarief van kracht.
    Opmerking: De piekkracht pull geeft de momentane maximale kracht geleverd, overwegende dat de geldende tarief is de helling van de kracht versus tijd curve die aangeeft hoe snel de kracht werd gegenereerd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De geïnstrumenteerde pull-test (Figuur 1) werd gebruikt voor het onderzoeken van de reacties van de romp en stap in een jonge, gezonde cohort23. Vijfendertig proeven werden serieel, gepresenteerd met een auditieve stimulus geleverd gelijktijdig met elke pull (Figuur 2). De auditieve prikkel was 90 dB (normaal) of 116 dB (luid). De luide stimulus is aangetoond als voldoende om te activeren StartReact effecten, waar vooraf bereid reacties zijn vroeg worden vrijgegeven door een verrassende auditieve prikkel25. StartReact effecten kunnen worden gebruikt als een sonde om te verkennen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan de motor voorbereiding26. De eerste-proef werd gehouden om unhabituated reacties, en de vier daaropvolgende proeven verwijderd om te voorzien in praktijk effecten, die hebben aangetoond dat de koeien meer dan vijf eerste proeven27te analyseren. Latere gewend proeven bestond uit 20 normaal-intensiteit en 10 luid proeven willekeurig vermengd. Inter proef intervallen (10-15 s) werden variabele. De analyse werd uitgevoerd met behulp van lineaire gemengde modellen als gevolg van meerdere factoren die invloed kunnen zijn op romp en stap posturale Reacties (bijvoorbeeld variabiliteit van pull force tussen proeven of deelnemer hoogte en gewicht). Lineaire gemengde modellen analyse werd uitgevoerd met behulp van de volgende vergelijking:

Equation 1

waar Yij is de reactietijd van de deelnemer of de reactie omvang voor proef ik, β0-5 zijn de coëfficiënten van het vaste effect, θ0j is het willekeurig effect voor de deelnemer j (willekeurige snijpunt) , Εij en is de term fout.

De geïnstrumenteerde pull test DN eerste proefperiode reacties en StartReact effecten aan een neerwaarts perturbation. Tijdens de eerste-proef, was de stap reactietijd langzamer (eerste-proef vs. latere proeven verschil betekenen: 36.9 ms, p = 0.009), en stap grootte was groter (eerste-proef vs. latere proeven verschil betekenen: 60 mm, p = 0.002) (tabel 1 ). Reactietijd van de kofferbak en de omvang van de reactie onveranderd gebleven. StartReact effecten waren alleen aanwezig in de kofferbak om latere gewend trekt. Een luid auditieve prikkel versnelde truncal reactietijd (luide vs. normale prikkels gemiddelde verschil: 10.2 ms, p = 0.002) en verhoogde truncal reactie omvang (luid vs. normale prikkels gemiddelde verschil: 588 mm.s-2, p < 0.001) () Afbeelding 3 en tabel 2). Variabelen bij te dragen tot de pull-test reacties werden onderzocht. Met name examinator pull piekkracht bleek te beïnvloeden de grootte van de intensivering van de reacties (p < 0.001) en romp reactietijden (p < 0.001) (tabellen 3 en 4). Deelnemer gewicht beïnvloed stap reactietijden (p = 0,008) (tabel 3). Anders, deelnemer hoogte en gewicht niet van invloed resultaten.

Figure 1
Figuur 1 . Het instellen van de geïnstrumenteerde pull test De geïnstrumenteerde pull-test kan een beoordelaar toe te passen van een schouder-niveau naar achteren perturbation met behulp van een touw en benutten van (a). De kracht van de verstoring is opgenomen met behulp van een force gauge (b); de reactie van de truncal via een sensor geplaatst bij de sternale inkeping (c); en intensivering via sensoren op de linker en rechter enkel malleolus; (d). De motion tracking systeem omvat een verwerking eenheid (e) die driedimensionale posities van maximaal vier sensoren met betrekking tot een elektromagnetische zender (f berekent). Auditieve prikkels worden geleverd via de hoofdtelefoon. Dit cijfer is gewijzigd van23. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 . Gegevens verzameld uit een vertegenwoordiger van de proef van de geïnstrumenteerde pull-test Verticale gebroken lijnen geven aan markeringen op de tijdas (t). Het begin van pull treedt op bij Markeerteken 0 met latere begin van de kofferbak verplaatsing bij markeerteken 1. Positieve truncal verplaatsing toont achterwaartse evolutie. De auditieve prikkel begint bij de dalende rand van de gezonde trigger, 21 ± 6 ms van pull piekkracht. Het begin van de kofferbak vertraging bij markeerteken 2 treedt op bij de omkering van de piek kofferbak snelheid. De posturale (dat wil zeggen, truncal reactietijd) wordt gedefinieerd als het verschil tussen de markeringen voor 2 en 1. . Dit cijfer is gewijzigd van23. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3 . StartReact effecten in posturale reacties truncal. Ruwe gegevens representatief zijn voor enkele proeven, die zijn gekoppeld aan de normale prikkel bij 90 dB (normaal), aangegeven door de grijze lijnen en luid auditieve prikkel bij 116 dB (luid), aangegeven door de blauwe lijnen. Verticale gebroken lijnen geven aan markeringen op de tijdas. StartReact wordt aangetoond door de snellere reactietijden in kofferbak snelheid op de luid auditieve prikkel, aangegeven door de blauwe gebroken verticale lijn, in vergelijking met de normale auditieve prikkel, aangegeven door grijze gebroken verticale lijn (A). Reactie magnitude naar de posturale taak is afgeleid van stam versnelling. Horizontale gebroken lijnen geven aan markeringen op de kofferbak versnelling as. De grootste omvang van de reactie wordt weergegeven in de luid proef, zoals aangegeven door de blauwe gebroken horizontale lijn vertegenwoordigt het minimale punt van de curve van de versnelling, vergeleken met de normale proef, vertegenwoordigd door de grijze gebroken horizontale lijn (B). Dit cijfer is gewijzigd van23. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Stap reactietijd Stap reactie Magnitude
Proef Type vergelijking Gemiddelde Δ
(ms)		 95% CI p-waarde Bedoel Δ (mm.s-2) 95% CI p-waarde
Eerste vs. normaal 36,9 4.7, 69.2 0.009 60 17, 103 0.002
Eerste vs. luid 46.1 13.1, 79,2 0.002 53 9, 97 0.005
Normale vs. luid 9.2 -3.1, 21,5 0.072 -7 -23, 9 0.315

Tabel 1. Verschillen (Δ) tussen de eerste pull test proces en de daaropvolgende proeven met 90 dB (normaal) of 116 dB (luid) auditieve prikkels voor stap reactietijd en antwoord omvang betekenen. Deze tabel is gewijzigd van23.

Kofferbak reactietijd Kofferbak reactie Magnitude
Proef Type vergelijking Gemiddelde Δ
(ms)		 95% CI p-waarde Bedoel Δ (mm.s-2) 95% CI p-waarde
Eerste vs. normaal -6 -31.1, 19,0 0.692 162 -412, 737 0.497
Eerste vs. luid 4.2 -21.2, 29,6 0.692 -425 -1008, 158 0.12
Normale vs. luid 10.2 3.0, 17,5 0.002 -588 -750,-425 < 0,001

Tabel 2. Bedoel verschillen (Δ) tussen de eerste pull test proces en de daaropvolgende proeven met 90 dB (normaal) of 116 dB (luid) auditieve stimuli voor kofferbak reactietijd en antwoord omvang. Deze tabel is gewijzigd van23.

Stap reactietijd Stap reactie Magnitude
Voorspeller Schatting 95% CI p-waarde Schatting 95% CI p-waarde
Piekkracht -0.12 -0.44, 0.19 0.436 1.02 0,55, 1.49 < 0,001
Geldende tarief -0.01 -0.04, 0.02 0.575 0,01 -0.03, 0,06 0.528
Hoogte -64.65 -283.98, 154.69 0.542 240.26 -797.51, 1278.03 0.629
Gewicht 2.37 0.72, 4.03 0,008 -2.51 -10.56, 5.55 0.518

Tabel 3. Coëfficiënt schattingen, 95%-betrouwbaarheidsintervallen (CI) en statistische significantie van de geïnstrumenteerde pull voorspellers als gevolg van lineaire gemengde modellen voor stap reactie testen. Deze tabel is gewijzigd van23.

Kofferbak reactietijd Kofferbak reactie Magnitude
Voorspeller Schatting 95% CI p-waarde Schatting 95% CI p-waarde
Piekkracht 0.36 0.22, 0.51 < 0,001 0.98 -2.95, 4.91 0.623
Geldende tarief -0.01 -0.03, 0,00 0.062 -0.12 -0.47, 0.22 0.486
Hoogte 45.97 -31.16, 123.11 0.233 -708.94 -3362.70, 1944.82 0.587
Gewicht -0.17 -0.75, 0.42 0.566 2.08 -18.04, 22.19 0.834

Tabel 4. Coëfficiënt schattingen, 95%-betrouwbaarheidsintervallen (CI) en statistische significantie van de geïnstrumenteerde pull voorspellers als gevolg van lineaire gemengde modellen voor de truncal reactie testen. Deze tabel is gewijzigd van23.

Aanvullende bestand codering. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Hier, laten we het protocol voor instrumentatie van de klinische pull-test, nemen een methode wijd gebruikt in de klinische praktijk en de opbrengst van een objectieve meting van posturale reacties naast het belangrijke aspect van de pull-administratie. Met behulp van semi-draagbare volgen van beweging, biedt deze methode een middel van meting die meer toegankelijk is in vergelijking met conventionele laboratorium technieken28. Met behulp van deze methode, kunnen onderzoekers verkennen kenmerken van posturale reacties op een top-down perturbation in populaties van verschillende leeftijden en voorwaarden.

Hoewel het protocol met succes gebruikt werd, kan verschillende beperkingen moeten worden opgemerkt. Volgen van beweging detecteert netto verkeer in plaats van het begin van de spier werving, doorgaans gemeten door EMG29,30,31. Indien gewenst, EMG (b.v., gemeten vanaf de spieren, met inbegrip van de tibialis anterior, soleus, hamstrings, quadriceps, rectus abdominis en lumbale paraspinals) kunnen worden geïntegreerd in het protocol met relatief gemak. De bewegingssensoren die wij werkzaam zijn verbonden door draden naar de basismodule. Deze draden zijn van voldoende lengte in het laboratorium te nemen pull test kinematica, nog een draadloos systeem zou praktischer met name in een klinische setting. Verdere validiteit en betrouwbaarheid testen in cohorten van andere ziekte staten en ernst is vereist voordat deze methode vindt geloofwaardigheid als een gestandaardiseerde evaluatie-instrument te beoordelen van posturale reacties scoorde tot een rang 1 volgens de UPDRS (posturale instabiliteit met zonder hulp balans herstel)5.

De Test van de geïnstrumenteerde Pull als een Assessment Tool voor posturale instabiliteit

Elektromagnetische volgen van beweging is relatief goedkoop en semi-draagbare vergeleken met andere oplossingen waarvan verslag verplaatsing gegevens21,32,33. Opname van verplaatsing in millimeter eenheden is cruciaal voor de eenvoud van de techniek zoals het ontkent de eis voor complexe signaalverwerking, zodat de gegevens kan worden intuïtief trachttet te begrijpen. Andere veelgebruikte technieken zoals accelerometry kunnen niet gemakkelijk worden omgezet tot verplaatsing zonder het gebruik van passende sensor-Fusietechnieken om verschillende kunstdiscours (gravitationele artefact, drift na verloop van tijd, kalibratie fout)28, 34,35.

Kritische stappen werden onderscheiden in dit protocol om ervoor te zorgen nauwkeurige verzameling van gegevens. Nog belangrijker is, we gedefinieerd posturale reactietijd in de test van de geïnstrumenteerde trekken door het begin van de verplaatsing van de truncal, in plaats van het begin van de examinator aangestuurde pull. Dit was cruciaal voor het uitsluiten van elke beweging van de kabelboom en touw ten tijde van de aantrekkingskracht die aan de latentie van de reactie bijdraagt. In eerdere werk traden de piekversnelling van posturale reacties eerder en met grotere amplitudes in het bovenlichaam ten opzichte van het sacrum in reactie op een truncal perturbation17. De aantrekkingskracht van niet-gestandaardiseerde kracht was handmatig, ontlokte ook op de trek van de klinische proef. Intensivering wordt gedefinieerd als de voet die langs de voet van de houding in de achterwaartse richting, met uitzondering van beweging in een andere richting. We vonden de piek werking sterk beïnvloed stap en trunk reacties. Opname van kracht is dus noodzakelijk om de methodologie en resultaten kunnen goed zijn voor pull force met gemengd effect modellen. Afhankelijk van de specificaties van de cel belasting mogelijk een voorversterker en een aparte voeding nodig. Gebruik de ijkcurve die is geleverd door de fabrikant de opgenomen spanning omzetten in pull force (Newton). De trekker kan ook worden gebruikt om de tijd van de levering van auditieve of visuele stimuli voor verdere karakterisering van evenwicht mechanismen.

Wanneer 35 proeven worden uitgevoerd, duurt de geïnstrumenteerde pull testprocedure ongeveer 20 minuten in beslag. Gebruikers van dit protocol zal moeten bepalen als termijnen nodig zijn voor het experiment in vergelijking met hun gebruikelijke methoden voor de beoordeling van posturale instabiliteit geschikt zijn. Tijdens de taak, zijn deelnemers geïnstrueerd om zich te concentreren op het beeld, zoals aandacht is bekend om te verzachten met herhaalde blootstelling aan een bedreiging voor het evenwicht van de controle36. Aandacht aan een postural taak wordt geassocieerd met verhoogde bewuste controle van houding, en de bijbehorende daling in amplitude van posturale verplaatsingen37. Tijdens het testen zijn de veiligheid van de deelnemers en potentieel falls risico voor zowel de patiënt als de beoordelaar van noodzakelijk belang. Extra voorzorgsmaatregelen omvatten het gebruik van een assistent voor patiënten met bekende posturale instabiliteit en dicht bij een muur te beschermen van de onderzoeker vallen samen met de deelnemer9.

StartReact en Motor voorbereiding

De geïnstrumenteerde pull-test heeft aangetoond dat het vermogen tot het detecteren van kleine veranderingen in de latentie van de reactie van posturale reacties. In de representatieve resultaten, we verlost auditieve prikkels tegelijk met de verstoring te beoordelen voor de versnelling van de reactietijd die met luid (116 dB optreedt) in vergelijking met minder intensiteit (90 dB) stimuli, bekend als de StartReact ingang25 , 38. konden we detecteren een gemiddelde verschil in truncal reactie latentie van ongeveer 10 ms met het testprotocol geïnstrumenteerde trek in een cohort van 33 deelnemers23. Versnelling van dergelijke Nederlandse verkeer naar het effect van de StartReact zich meestal met een magnitude van minder dan 20 ms met EMG15. Verschillen in de intensivering van de latentie werden ook ontdekt in de eerste proef reacties, met grotere stap reacties. Dit is in overeenstemming met de grotere destabilisatie gevonden in 'eerste-proef effecten' met behulp van bewegende platformen39,40.

Deze methode wordt beschreven in dit manuscript heeft aangetoond dat de mogelijkheid van de geïnstrumenteerde pull-test om een precieze kwantificering van posturale reacties naar aanleiding van de meestal werknemer klinische pull-test. Op dit moment is de geïnstrumenteerde pull-test bedoeld als een alternatieve methode om te beoordelen van posturale reacties in de instelling van het onderzoek. Verdere werkzaamheden op betrouwbaarheid en validiteit is vereist voor het gebruik in de kliniek. Het aantal geïnstrumenteerde pull test experimenten kan worden aangepast aan de gebruiker discretie afhankelijk van statistisch onderscheidingsvermogen berekeningen. Te verhogen van de deelnemer comfort tijdens het testen, met name bij vrouwen, worden een gemodificeerde harnas die van achteren vastmaakt in een toekomstige versie van de geïnstrumenteerde pull-test overwogen. Verder onderzoek is nodig om volledig verkennen deze reacties in patiënt populaties met evenwicht afwijkingen (tot rang 1 posturale instabiliteit volgens de UPDRS) om te onderzoeken van de effecten van therapie en verhelderen van mechanismen bij te dragen aan posturale instabiliteit.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Geen belangenconflicten, financieel of anderszins, worden gedefinieerd door de auteurs.

Acknowledgments

Wij danken Angus Begg (het Instituut Bionics) voor zijn hulp in het video-protocol. Wij erkennen de Dr. Sue Finch (statistische Consulting centrum en Melbourne statistische Consulting Platform, Universiteit van Melbourne) die statistische ondersteuning. Dit werk werd gesteund door de financiering door de nationale gezondheid en Medical Research Council (1066565), de Victoriaanse Lions stichting en de Victoriaanse regering van operationele infrastructuur Support Program.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Analog to Digital Convertor & Software CED Micro 1401-3 Any suitable digital acquisition system can be used
Load Cell Omegadyne LCM201-100N
MATLAB Software MathWorks Inc. NA Any data science platform can be used
Motion Sensor Ascension 6DOF, type-800
Motion Tracker Ascension  3D Guidance trakSTAR Mid-range transmitter
S&F Technical Harness and Belt Lowepro LP36282

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Shemmell, J. Interactions between stretch and startle reflexes produce task-appropriate rapid postural reactions. Frontiers in Integrative Neuroscience. 9, (2015).
  2. Kerr, G. K., et al. Predictors of future falls in Parkinson disease. Neurology. 75 (2), 116-124 (2010).
  3. Latt, M. D., Lord, S. R., Morris, J. G. L., Fung, V. S. C. Clinical and physiological assessments for elucidating falls risk in Parkinson's disease. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 24 (9), 1280-1289 (2009).
  4. Foreman, K. B., Addison, O., Kim, H. S., Dibble, L. E. Testing balance and fall risk in persons with Parkinson disease, an argument for ecologically valid testing. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (3), 166-171 (2011).
  5. Fahn, S. Recent Developments in Parkinson's Disease. , Macmillan Healthcare Information. Florham Park, NJ. 153-163 (1987).
  6. Hunt, A. L., Sethi, K. D. The pull test: a history. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 21 (7), 894-899 (2006).
  7. Visser, M., et al. Clinical tests for the evaluation of postural instability in patients with parkinson's disease. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (11), 1669-1674 (2003).
  8. Jacobs, J. V., Horak, F. B., Van Tran, K., Nutt, J. G. An alternative clinical postural stability test for patients with Parkinson's disease. Journal of Neurology. 253 (11), 1404-1413 (2006).
  9. Nonnekes, J., Goselink, R., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. The retropulsion test: a good evaluation of postural instability in Parkinson's disease? Journal of Parkinson's Disease. 5 (1), 43-47 (2015).
  10. Bloem, B. R., Beckley, D. J., van Hilten, B. J., Roos, R. A. C. Clinimetrics of postural instability in Parkinson's disease. Journal of Neurology. 245 (10), 669-673 (1998).
  11. Thevathasan, W., et al. Pedunculopontine nucleus deep brain stimulation in Parkinson's disease: A clinical review. Movement Disorders. 33 (1), 10-20 (2018).
  12. Visser, J. E., Carpenter, M. G., van der Kooij, H., Bloem, B. R. The clinical utility of posturography. Clinical Neurophysiology. 119 (11), 2424-2436 (2008).
  13. McVey, M. A., et al. Early biomechanical markers of postural instability in Parkinson's disease. Gait and Posture. 30 (4), 538-542 (2009).
  14. Mancini, M., et al. Trunk accelerometry reveals postural instability in untreated Parkinson's disease. Parkinsonism & Related Disorders. 17 (7), 557-562 (2011).
  15. Nonnekes, J., et al. Are postural responses to backward and forward perturbations processed by different neural circuits? Neuroscience. 245, 109-120 (2013).
  16. Horak, F. B., Dimitrova, D., Nutt, J. G. Direction-specific postural instability in subjects with Parkinson's disease. Experimental Neurology. 193 (2), 504-521 (2005).
  17. Colebatch, J. G., Govender, S., Dennis, D. L. Postural responses to anterior and posterior perturbations applied to the upper trunk of standing human subjects. Experimental Brain Research. 234, 367-376 (2016).
  18. Graus, S., Govender, S., Colebatch, J. G. A postural reflex evoked by brief axial accelerations. Experimental Brain Research. 228 (1), 73-85 (2013).
  19. Govender, S., Dennis, D. L., Colebatch, J. G. Axially evoked postural reflexes: influence of task. Experimental Brain Research. 233, 215-228 (2015).
  20. Smith, B. A., Carlson-Kuhta, P., Horak, F. B. Consistency in Administration and Response for the Backward Push and Release Test: A Clinical Assessment of Postural Responses: Consistency of Push and Release Test. Physiotherapy Research International. 21 (1), 36-46 (2016).
  21. Di Giulio, I., et al. Maintaining balance against force perturbations: impaired mechanisms unresponsive to levodopa in Parkinson's disease. Journal of Neurophysiology. , (2016).
  22. Nonnekes, J., de Kam, D., Geurts, A. C. H., Weerdesteyn, V., Bloem, B. R. Unraveling the mechanisms underlying postural instability in Parkinson's disease using dynamic posturography. Expert Review of Neurotherapeutics. 13 (12), 1303-1308 (2013).
  23. Tan, J. L., et al. Neurophysiological analysis of the clinical pull test. Journal of Neurophysiology. , (2018).
  24. McVey, M. A., et al. The effect of moderate Parkinson's disease on compensatory backwards stepping. Gait and Posture. 38 (4), 800-805 (2013).
  25. Valls-Sole, J., et al. Reaction time and acoustic startle in normal human subjects. Neuroscience Letters. 195 (2), 97-100 (1995).
  26. Carlsen, A. N., Maslovat, D., Lam, M. Y., Chua, R., Franks, I. M. Considerations for the use of a startling acoustic stimulus in studies of motor preparation in humans. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 35 (3), 366-376 (2011).
  27. Nanhoe-Mahabier, W., et al. First trial reactions and habituation rates over successive balance perturbations in Parkinson's disease. Neuroscience. 217, 123-129 (2012).
  28. Aminian, K., Najafi, B. Capturing human motion using body-fixed sensors: outdoor measurement and clinical applications. Computer animation and virtual worlds. 15 (2), 79-94 (2004).
  29. De Luca, C. J. The use of surface electromyography in biomechanics. Journal of Applied Biomechanics. 13 (2), 135-163 (1997).
  30. Horak, F. B., Nashner, L. M. Central programming of postural movements: adaptation to altered support-surface configurations. Journal of Neurophysiology. 55 (6), 1369-1381 (1986).
  31. Saito, H., Yamanaka, M., Kasahara, S., Fukushima, J. Relationship between improvements in motor performance and changes in anticipatory postural adjustments during whole-body reaching training. Human Movement Science. 37, 69-86 (2014).
  32. Kam, D. D., et al. Dopaminergic medication does not improve stepping responses following backward and forward balance perturbations in patients with Parkinson's disease. Journal of Neurology. 261 (12), 2330-2337 (2014).
  33. Peterson, D. S., Horak, F. B. The Effect of Levodopa on Improvements in Protective Stepping in People With Parkinson's Disease. Neurorehabilitation and Neural Repair. 30 (10), 931-940 (2016).
  34. Haubenberger, D., et al. Transducer-based evaluation of tremor. Movement Disorders. 31 (9), 1327-1336 (2016).
  35. Elble, R., et al. Task force report: scales for screening and evaluating tremor: critique and recommendations. Movement disorders: official journal of the Movement Disorder Society. 28 (13), 1793-1800 (2013).
  36. Adkin, A. L., Carpenter, M. G. New insights on emotional contributions to human postural control. Frontiers in Neurology. 9, 789 (2018).
  37. Huffman, J. L., Horslen, B., Carpenter, M., Adkin, A. L. Does increased postural threat lead to more conscious control of posture? Gait and Posture. 30 (4), 528-532 (2009).
  38. Valls-Sole, J., Rothwell, J. C., Goulart, F., Cossu, G., Munoz, E. Patterned ballistic movements triggered by a startle in healthy humans. The Journal of Physiology. 516 (Pt 3), 931-938 (1999).
  39. Campbell, A. D., Squair, J. W., Chua, R., Inglis, J. T., Carpenter, M. G. First trial and StartReact effects induced by balance perturbations to upright stance. Journal of Neurophysiology. 110 (9), 2236-2245 (2013).
  40. Oude Nijhuis, L. B., Allum, J. H. J., Valls-Solé, J., Overeem, S., Bloem, B. R. First trial postural reactions to unexpected balance disturbances: a comparison with the acoustic startle reaction. Journal of Neurophysiology. 104 (5), 2704-2712 (2010).

Tags

Deze maand in JoVE kwestie 146 posturale reflex posturale instabiliteit posturale controle Test van de Trek balans StartReact

Erratum

Formal Correction: Erratum: An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses
Posted by JoVE Editors on 04/30/2019. Citeable Link.

An erratum was issued for: An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses.  Author affiliations were updated.

The affiliations for Joy Tan were updated from:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
2. Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital

to:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
2. Department of Neurology, The Royal Melbourne Hospital
4. The Bionics Institute

The affiliations for Thushara Perera were updated from:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
3. Department of Neurology, Austin Hospital

to:

1. Department of Medical Bionics, The University of Melbourne 
4. The Bionics Institute

Een Test van de geïnstrumenteerde Pull te karakteriseren posturale reacties
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Tan, J., Thevathasan, W., McGinley,… More

Tan, J., Thevathasan, W., McGinley, J., Brown, P., Perera, T. An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses. J. Vis. Exp. (146), e59309, doi:10.3791/59309 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter